br>[0099] rir2 = R〇ri2 (4)，
[0100] 則根據(jù)rri，rr2中有一組最優(yōu)解，riri，rir2中也存在一組最優(yōu)解，且最優(yōu)解之間具有 高度的相似性，可確定如公式(5)所示的篩選準(zhǔn)則，也就是兩組最優(yōu)法向量之間的夾角最小 原則，其中，| |表示對矢量求模值，即兩組最優(yōu)法向量之間的夾角最小原則確定唯一一組最 優(yōu)解，記為Γ3，此時(shí)t/r也可唯一確定，
[0101]
[0102] 空間圓法向量r3確定后根據(jù)公式(6)確定出偏航角P和俯仰角Φ，作為空間圓目標(biāo) 的最優(yōu)姿態(tài)解，
[0103] (6),
[0104] 進(jìn)一步的，獲得空間圓目標(biāo)的最優(yōu)姿態(tài)解后，還包括步驟S6:由公式(6)確定的空 間圓目標(biāo)的圓心位置t與半徑r比值，空間圓法向量r3及圓心位置t與半徑r比值之間的關(guān)系 可以參看【背景技術(shù)】中的公式（15)和（16)，根據(jù)公式(7)和(8)進(jìn)一步確定空間圓目標(biāo)相對于 左相機(jī)或右相機(jī)的圓心位置矢量，作為相對位置信息，
[0109] ti = r*[tix tiy tiz]T
[0110] tr = r*[trx try trz]T (8)
[0111] 其中，^」（1 = 0，1，2，」=0，1，2)為旋轉(zhuǎn)矩陣辦中的元素，[乜\七&七12]7為左相機(jī)空 間坐標(biāo)系下的空間圓目標(biāo)的圓心位置坐標(biāo)與半徑之比之后的三維坐標(biāo)，[t rx try trz]T為右 相機(jī)空間坐標(biāo)系下的空間圓目標(biāo)的圓心位置坐標(biāo)與半徑之比之后的三維坐標(biāo)，七為左相機(jī) 空間坐標(biāo)系下的空間圓目標(biāo)的圓心位置矢量，tr為右相機(jī)空間坐標(biāo)系下的空間圓目標(biāo)的圓 心位置矢量。
[0112] 下面結(jié)合實(shí)施例具體說明本發(fā)明的方法及其實(shí)現(xiàn)效果。
[0113] 以某飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)噴管目標(biāo)為例，進(jìn)行仿真試驗(yàn)，結(jié)合圖表對本發(fā)明作進(jìn)一步詳 細(xì)說明。根據(jù)步驟S1，設(shè)計(jì)雙目相機(jī)參數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)噴管目標(biāo)參數(shù)，如表1所示，然后根據(jù)動(dòng)力 學(xué)方程仿真雙目相機(jī)成像，已知左右相機(jī)相(雙目相機(jī))對發(fā)動(dòng)機(jī)噴管目標(biāo)的位置和姿態(tài)， 然后識(shí)別出空間圓，最后確定出唯一的姿態(tài)和位置，表2所示為在不同作用距離(相機(jī)和目 標(biāo)之間的距離)下位置姿態(tài)解算結(jié)果與誤差值，從結(jié)果中可以看出，本發(fā)明提供的非合作空 間圓目標(biāo)相對位置姿態(tài)測量方法，無需任何先驗(yàn)信息即可實(shí)現(xiàn)位置姿態(tài)測量，且測量結(jié)果 精度較高。
[0114] '[0115]表1仿真參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)果
' '
[0116]
[0118] 表2不同作用距離下相對位置姿態(tài)解算結(jié)果
[0119] 本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的 保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種非合作空間圓目標(biāo)的相對位姿測量方法，其特征在于，包括W下步驟： SI:提供左右相機(jī)拍攝空間圓目標(biāo)形成的左圖像和右圖像，其中，空間圓目標(biāo)在所述左 圖像、右圖像的成像坐標(biāo)系下分別成像為左楠圓、右楠圓； S2:采用非線性最小二乘法擬合所述左圖像和右圖像，檢測出其中的楠圓或近似楠圓， 所述楠圓或近似楠圓作為候選楠圓； S3:根據(jù)所述左楠圓和右楠圓之間的極線約束關(guān)系，從所述候選楠圓中識(shí)別出所述左 楠圓和右楠圓； S4:根據(jù)步驟S2中擬合所述左楠圓和右楠圓而生成的左楠圓方程系數(shù)和右楠圓方程系 數(shù)，分別確定空間坐標(biāo)系到成像坐標(biāo)系的空間圓左投影方程和空間圓右投影方程，從而獲 得兩組空間圓姿態(tài)解； S5:根據(jù)左右相機(jī)之間的位置姿態(tài)關(guān)系，將其中一組空間圓姿態(tài)解轉(zhuǎn)換到另一組空間 圓姿態(tài)解的空間坐標(biāo)系下，根據(jù)夾角最小原則確定空間圓目標(biāo)的最優(yōu)姿態(tài)解。2. 如權(quán)利要求1所述的非合作空間圓目標(biāo)的相對位姿測量方法，其特征在于，還包括步 驟S6:根據(jù)所述最優(yōu)姿態(tài)解確定空間圓目標(biāo)的相對位置信息。3. 如權(quán)利要求1所述的非合作空間圓目標(biāo)的相對位姿測量方法，其特征在于，在步驟S3 中，所述極線約束關(guān)系為所述左楠圓和右楠圓的圓屯、在圖像像素坐標(biāo)系下具有的確定位置 關(guān)系。4. 如權(quán)利要求1所述的非合作空間圓目標(biāo)的相對位姿測量方法，其特征在于，在步驟Sl 中，左右相機(jī)拍攝空間圓目標(biāo)形成的左圖像和右圖像時(shí)，左右相機(jī)處于同一水平高度，左右 相機(jī)之間保持一定基線長度，左右相機(jī)光軸分別內(nèi)傾相同角度，形成一拍攝夾角，所述拍攝 夾角小于90度。5. 如權(quán)利要求4所述的非合作空間圓目標(biāo)的相對位姿測量方法，其特征在于，在步驟S3 中，所述極線約束關(guān)系為所述左楠圓和右楠圓的圓屯、在圖像像素坐標(biāo)系下的y軸上的數(shù)值 相同。6. 如權(quán)利要求1所述的非合作空間圓目標(biāo)的相對位姿測量方法，其特征在于，在步驟S4 中，確定任意一組空間圓姿態(tài)解的方法包括:根據(jù)相應(yīng)投影方程推算出用W投影的空間圓 所在平面的法向量n及圓屯、位置t與半徑r比值，公式如（1)和(2): 巧=COS代COSl//, 0]' (. 1 ) 卻r二雌=巧：t萬Sia氏豐姑打W，皆 (2 ) 其中，M ,?為矩陣特征值，U為3 X 3正交矩陣，0和4為用W表示n和t/r而采用的參數(shù)符 號(hào)，且目+(6 = ji/2,3V2，'V'二'1,機(jī)J= I，因而入icos2目 +入2C〇s2i])= 1，入icos2目+A2sin2目=1，從而 確定兩組0和4，得到兩個(gè)法向量解，作為一組空間圓姿態(tài)解。7. 如權(quán)利要求6所述的非合作空間圓目標(biāo)的相對位姿測量方法，其特征在于，將根據(jù)空 間圓左投影方程獲得的空間圓姿態(tài)解記為rii，ri2,將根據(jù)空間圓右投影方程獲得的空間圓 姿態(tài)解記為。1，。2,在步驟S5中，將其中一組空間圓姿5態(tài)解的法向量轉(zhuǎn)換到另一組空間圓 姿態(tài)解的空間坐標(biāo)系下的公式如(4): Tlrl = Roni rir2 = R〇ri2 (4) 根據(jù)兩組最優(yōu)法向量之間的夾角最小原則，如公式巧），確定一組最優(yōu)法向量，記為n，空間圓法向量n確定后根據(jù)公式(6)確定出偏航角巧和俯仰角d)，作為空間圓目標(biāo)的最 優(yōu)姿態(tài)解，(6)。8.如權(quán)利要求7所述的非合作空間圓目標(biāo)的相對位姿測量方法，其特征在于，還包括步 驟S6:由公式(6)確定空間圓目標(biāo)的圓屯、位置t與半徑r比值，根據(jù)公式(7)和(8)確定空間圓 目標(biāo)相對于左相機(jī)或右相機(jī)的圓屯、位置矢量，作為相對位置信息，tl=州 tlx tly tlz]T tr = r*[trx try trz]T (8) 其中，rij(i = 0，l，2，j = 0，l，2)為旋轉(zhuǎn)矩陣Ro中的元素，[tlxtlytlz]T為左相機(jī)空間坐 標(biāo)系下的空間圓目標(biāo)的圓屯、位置坐標(biāo)與半徑之比之后的S維坐標(biāo)，[trx try trz]T為右相機(jī) 空間坐標(biāo)系下的空間圓目標(biāo)的圓屯、位置坐標(biāo)與半徑之比之后的S維坐標(biāo)，tl為左相機(jī)空間 坐標(biāo)系下的空間圓目標(biāo)的圓屯、位置矢量，tr為右相機(jī)空間坐標(biāo)系下的空間圓目標(biāo)的圓屯、位 置矢量。 9 .如權(quán)利要求7所述的非合作空間圓目標(biāo)的相對位姿測量方法，其特征在于，左右相機(jī) 空間坐標(biāo)系下空間點(diǎn)S維坐標(biāo)Xr, &之間滿足公式(3)， Xr = R〇Xl+t〇 (3) 其中，Ro為旋轉(zhuǎn)矩陣，to為平移量。10.如權(quán)利要求1所述的非合作空間圓目標(biāo)的相對位姿測量方法，其特征在于，所述空 間圓目標(biāo)為非合作空間飛行器中具有空間圓特征的物體。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種非合作空間圓目標(biāo)的相對位姿測量方法，包括提供左右相機(jī)拍攝空間圓目標(biāo)形成的左圖像和右圖像，空間圓目標(biāo)分別成像為左橢圓、右橢圓；采用非線性最小二乘法擬合，檢測出其中的橢圓或近似橢圓，作為候選橢圓；根據(jù)所述左橢圓和右橢圓之間的極線約束關(guān)系，從所述候選橢圓中識(shí)別出所述左橢圓和右橢圓；根據(jù)擬合左橢圓和右橢圓而生成的左橢圓方程系數(shù)和右橢圓方程系數(shù)，分別確定空間圓左投影方程和空間圓右投影方程，從而獲得兩組空間圓姿態(tài)解；根據(jù)左右相機(jī)之間的位置姿態(tài)關(guān)系，將其中一組空間圓姿態(tài)解轉(zhuǎn)換到另一組的空間坐標(biāo)系下，根據(jù)夾角最小原則確定空間圓目標(biāo)的最優(yōu)姿態(tài)解?？山鉀Q傳統(tǒng)的方法在姿態(tài)解算過程中存在二義性問題。
【IPC分類】G01C11/08, G01C21/00
【公開號(hào)】CN105509733
【申請?zhí)枴緾N201510854639
【發(fā)明人】劉玉, 陳鳳, 王盈, 黃建明, 葉飚
【申請人】上海宇航系統(tǒng)工程研究所
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年11月30日